Investeringsgieten: proces, voordelen en toepassingen

Precisiegieten is een van de meest gebruikte gietprocessen in de industrie. Fabrikanten gebruiken precisiegieten vaak vanwege de vele voordelen die het biedt. Deze omvatten een hoge maatnauwkeurigheid, gladde oppervlakken, de mogelijkheid om complexe ontwerpen te verwerken en een snelle productie.

In dit artikel vertellen we je alles wat je moet weten over investment casting. We beschrijven kort de geschiedenis van investment casting en leggen het proces gedetailleerd uit. We bespreken de toepassingen, materiaaleigenschappen en voor- en nadelen.

Wat is Investment Casting?

Verlorenwasgieten wordt ook wel "verlorenwasgieten" genoemd. Hierbij wordt een wasachtig materiaal gebruikt om een gebruiksmodel te produceren en vervolgens een exacte kopie van het model te maken. Het proces maakt gebruik van keramische mallen met uitstekende thermische eigenschappen. Hierdoor is het mogelijk om onderdelen in vrijwel perfecte staat te produceren met een zeer hoge oppervlaktekwaliteit.

De vele voordelen en aanpasbaarheid maken het een sterke concurrent voor andere gietmethoden zoals zandgieten en spuitgietenLaten we nu verder leren over investment casting.

Geschiedenis van Iinvestering Casting

Mensen gebruiken al meer dan 5000 jaar vergelijkbare methoden om objecten te maken. Modellen van pure bijenwas werden gebruikt om zachte metalen zoals goud en koper te gieten. Archeologen hebben sieraden, afgodsbeelden en kunstwerken uit die tijd gevonden, die fascinerend zijn om te zien.

Naarmate de kennis over metaalbewerking toenam, begonnen mensen te experimenteren met nieuwe metaalgiettechnieken. Deze techniek werd eind 19e eeuw verder ontwikkeld en gebruikt voor de vervaardiging van beugels.

De Tweede Wereldoorlog maakte het proces bij de meeste mensen bekend. Het leger had behoefte aan een manier om sterke, nauwkeurige en herbruikbare onderdelen te produceren. Als gevolg hiervan begon het proces, dat nu bekendstaat als precisiegieten, te worden verbeterd.

Hoe werkt investment casting?

Fabrikanten hebben in de loop der jaren hard gewerkt aan het perfectioneren van het precisiegietproces om de beste gietstukken te produceren. In dit hoofdstuk gaan we dieper in op de zes stappen.

Het mastermodel maken

Een wasmodel is een exacte replica van de geometrie van het eindproduct. Het "mastermodel" is de standaard die herhaaldelijk kan worden gebruikt voor het gieten. Was, hout, metaal en siliconenrubber zijn de meest gebruikte materialen voor het maken van de mastermodelmal. Welk materiaal wordt gebruikt, hangt af van de levensduur van het model en de complexiteit van het ontwerp. Daarnaast spelen ook de mate van uitzetting of krimp van het materiaal bij verhitting of afkoeling en de oppervlaktekwaliteit een rol. In elke gietcyclus maakt de operator een wasmodel op basis van het masterontwerp.

Tegenwoordig gebruiken ingenieurs geavanceerde methoden zoals 3D-printen of het precisiegietproces om modellen te maken. Vroeger was de spuitgietproces werd vaak gebruikt om wasmodellen te maken. Tegenwoordig is 3D-printen een nieuwe technologie die snel aan populariteit wint. Ingenieurs zijn dol op FDM 3D-printen omdat het goedkoop en redelijk nauwkeurig is.

Het in elkaar zetten van het wasmodel

De volgende stap is het assembleren van alle in de vorige stap gemaakte modellen in een verlorenwasmal. Het geassembleerde model lijkt op een boom, vandaar de naam "boom".

De operator assembleert vervolgens het model met behulp van een netwerk van sluizen/geleiders/stijgbuizen. Dit netwerk van sluizen zorgt ervoor dat het vloeibare metaal gemakkelijk naar alle onderdelen van de matrijs stroomt.

Dit assemblageproces kan handmatig of geautomatiseerd worden uitgevoerd. Fabrikanten kunnen kiezen voor handmatige assemblage wanneer de productieaantallen laag zijn of wanneer elk gietstuk een unieke vorm heeft. Aan de andere kant, als het gietproces herhaald moet worden, is het zinvol om een geautomatiseerde productiecel aan te schaffen.

Aanbrengen van het vuurvaste materiaal (impregneren)

Vervolgens brengt de operator een laag vuurvast materiaal aan op de mal om de gewenste eigenschappen te bereiken. Het coatingproces omvat verschillende impregnatiestappen. Ze draaien de boom langzaam rond en dompelen hem steeds opnieuw onder in een mengsel van keramische slurry en zandpleister. De klei helpt de mal bestand te maken tegen hoge temperaturen, terwijl het pleisterwerk hem sterker maakt.

Naarmate het dompelproces vordert, wordt de keramische schil rond het wasmodel steeds dikker. Wees extra voorzichtig bij het afwerken van de eerste basislaag (ook wel de moederkern genoemd). Dit heeft een aanzienlijke impact op de kwaliteit en vorm van het onderdeel.

Dit proces wordt herhaald totdat de schaal de juiste dikte heeft bereikt. In de meeste gevallen ligt de schaaldikte tussen de 9,5 en 12,5 mm. Dit hangt af van het gietmateriaal, de grootte en het gewicht. Als het onderdeel zwaar is en het metaal een hoog smeltpunt heeft, moet de schaal dik genoeg zijn om de hoge temperaturen en druk te weerstaan.

Ontwaxen

Bij het ontparaffineringsproces wordt de was door smelten uit de kleilaag verwijderd. Om de was te verhitten en te smelten, gebruiken fabrieken meestal een stoomautoclaaf of een flitsoven.

De operator laat de mal vervolgens zakken zodat de gesmolten was er gemakkelijk uit kan stromen. De mal wordt 12 uur lang in de autoclaaf verhit tot temperaturen van 90 tot 175 °C, waarna de meeste was eruit stroomt. Vervolgens wordt de mal enkele uren gebakken op hogere temperaturen (tot 1000 °C) om alle resterende was en water te verwijderen.

Dit is een zeer belangrijke stap in het gietproces. De mal kan namelijk bij hoge temperaturen defecten vertonen. Ingenieurs proberen scheuren over het algemeen te voorkomen. Daarom wordt de mal in precisiegieterijen meestal ontwaxt met methoden die de mal niet beschadigen.

Bovendien is de warmtebehandeling van het vuurvaste materiaal een bijkomend voordeel van dit proces: de schaal wordt sterker en zal daardoor minder snel reageren met het gesmolten metaal.

Voorverwarmen en gieten

Vanaf dit punt begint het precisiegieten echt. De mal wordt voorverwarmd zodat deze niet te snel reageert bij contact met het hete vloeibare metaal.

Het vloeibare metaal wordt gecontroleerd in de mal gegoten, hetzij door een operator, hetzij door een machine. Het is belangrijk om een constante vulsnelheid aan te houden. Dit voorkomt gietfouten door turbulentie. Bovendien, als het gesmolten metaal de neiging heeft om met lucht te reageren, is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat er geen lucht rond de mal aanwezig is. Zodra het vullen voltooid is, stolt en koelt het metaal in de mal af.

Nabewerking

Zodra het metaal gestold is, wordt de mal gebroken met een hamerslag of een waterstraal. Nadat het onderdeel uit de mal is gehaald, ondergaat het een reeks semi-afwerkingsstappen.

Eén taak is het sluiten van het gietsysteem, aangezien dit geen deel uitmaakt van het product. Ruwe oppervlakken, scherpe randen en andere defecten kunnen ook worden verwijderd door middel van slijpen of zandstralen. CNC-frezen en boren zijn twee bewerkingsprocessen die ook gebruikt kunnen worden om gaten en oppervlakken te bewerken. Daarnaast kunnen onderdelen verschillende oppervlaktebehandelingen ondergaan om de gewenste oppervlakteafwerking te bereiken.

Nadat de onderdelen zijn nabewerkt, worden ze onderworpen aan een kwaliteitscontrole. Het inspectieteam gebruikt methoden zoals penetrant onderzoek om de onderdelen te controleren op defecten zoals scheuren en gaten. Ze controleren ook andere kwaliteitsfactoren zoals sterkte, hardheid, geometrie en maatvoering.

Verschillende soorten investeringsgietmaterialen

Een van de grote voordelen van precisiegieten is dat het geschikt is voor een breed scala aan materialen, waaronder ferro- en non-ferrometalen. Dit betekent dat de uiteindelijke onderdelen verschillende mechanische eigenschappen kunnen hebben.

• StaalZacht staal, koolstofstaal en andere speciale gelegeerde staalsoorten zijn zeer geschikt voor precisiegieten. Stalen onderdelen die met precisiegieten worden gemaakt, worden in veel sectoren gebruikt, zoals de scheepsbouw, de vliegtuigbouw en het leger.
• roestvrij staal:Roestvrij staal is sterk, roestbestendig en heeft een glad, glanzend oppervlak. Pompbehuizingen, kleponderdelen, tandwielen en bussen zijn veelvoorkomende onderdelen.
• Aluminium AlloysDeze metalen zijn licht, sterk en roestbestendig. Onderdelen van aluminiumlegeringen worden voornamelijk gebruikt in vliegtuig- en auto-onderdelen.
• Nikkel AlloysNikkellegeringen zijn zeer sterk, roesten niet en blijven stabiel bij hoge temperaturen. Gietstukken van deze metalen worden gebruikt in omgevingen met hoge temperaturen en oxideren en zijn bestand tegen hoge spanningen.
• Kobalt AlloysDeze legeringen zijn zeer sterk en slijten, roesten niet, vertonen geen chemische reacties, oververhitting of koelen niet af. Deze hoogwaardige legering wordt bijvoorbeeld gebruikt in zware machines, de medische sector en de voedselverwerking.
• Vorm IronGietijzer is extreem duurzaam en zeer sterk. Het wordt gebruikt voor de productie van elektrische onderdelen, pijpfittingen, gereedschapswerktuigen, enz.
• Koper AlloysKoperlegeringen zoals brons en messing zien er aantrekkelijk uit, hebben een matige treksterkte en zijn goede warmtegeleiders. Deze metalen worden daarom gebruikt voor sanitaire onderdelen, radiatoren, warmtewisselaars en andere componenten.

Hoe u gegoten onderdelen afwerkt

Na het ontwassen is het oppervlak van een precisiegietstuk enigszins ruw. Dit komt door de sporen die de kern van de kleimal erop achterlaat. De oppervlakteruwheid van deze onderdelen is meestal 125 Ra, maar er kunnen verschillen zijn, afhankelijk van het materiaal en de kwaliteit van de mal.

Er zijn daarom veel oppervlaktebehandelingen beschikbaar om het gewenste gladde oppervlak te bereiken. Sommige processen bereiken een glad oppervlak door materiaal te verwijderen. Andere methoden omvatten het verven van het oppervlak om het glad te maken en het ruwe oppervlak onder een verflaag te verbergen.

Het type oppervlaktebehandeling wordt gekozen op basis van factoren zoals het gewenste uiterlijk, maattoleranties en mechanische eigenschappen. Hieronder volgen verschillende methoden voor oppervlaktebehandeling:

• Anodiseren
• Polijsten
• Schilderen
• Poedercoating
• Passivering

Toepassingen van investeringsgieten

Het precisiegietproces kan op veel gebieden worden toegepast. Hier zijn enkele veelvoorkomende toepassingsgebieden:

• Energie-industrieDit productieproces is zeer nuttig in de energiesector. De wieken van windturbines zijn erg groot en zwaar en moeten zeer sterk zijn en een glad oppervlak hebben. Een voordeel van het precisiegietproces is dat het al deze eigenschappen heeft.
• Scheepsbouw: In de scheepsbouw worden metalen onderdelen vaak geproduceerd met behulp van precisiegieten. Speciale legeringen worden gebruikt om sterke metalen platen te maken. Deze platen roesten niet en kunnen worden gebruikt in schepen en onderzeeërs. Dit proces is geschikt voor deze industrie omdat het compatibel is met veel metaallegeringen.
• Lucht- en ruimtevaart: Omdat het complexe vormen en hoge sterkte aankan. Daarom kan dit proces worden gebruikt voor de productie van belangrijke onderdelen van vliegtuigmotoren en -rompen.
• Medische industrieDeze methode is nuttig in de medische sector, omdat het kleine onderdelen met een betere oppervlakteafwerking kan produceren. Veelvoorkomende toepassingen zijn bijvoorbeeld protheses, implantaten en chirurgische instrumenten.
• Auto-industrie: Met precisiegieten kunnen hoogwaardige onderdelen voor de auto-industrie worden vervaardigd, zoals onderdelen van transmissiesystemen, tuimelaars en aandrijflijncomponenten.

Voor- en nadelen van investeringsgieten

Net als andere gietprocessen heeft verlorenwasgieten voor- en nadelen. Om een weloverwogen keuze voor een gietmethode te maken, is het belangrijk om beide volledig te kennen. Laten we deze hieronder verder bespreken.

Voordelen

De Het investeringsgietproces heeft veel voordelen, en daarom zijn deze gegoten onderdelen zo populair.

• Compatibiliteit met complexe geometrieën: Het kan complexe geometrieën aan. Zoals interne kenmerken, scherpe rondingen, dunne wanden en ondiepe kanalen. Al deze onderdelen kunnen als één geheel worden vervaardigd. U hoeft dus geen onderdelen te assembleren die afzonderlijk zijn vervaardigd, wat wel het geval zou zijn bij andere gietmethoden.
• Fijne oppervlakteafwerking: Met dit gietproces kunt u een oppervlakteafwerking tot wel 3 micron bereiken. Vergeleken met zandgieten levert verloren-wasgieten nog betere resultaten op. Bovendien hebben verloren-wasgietdelen geen scheidingslijnen, waardoor ze er esthetisch aantrekkelijker uitzien.
• Grote onderdelenDeze methode is geschikt voor onderdelen van verschillende afmetingen. Het kan onderdelen verwerken met een gewicht van 100 gram tot een ton. Bovendien kan het enorme turbinebladen en kleine medische instrumenten produceren.
• Uitstekende maatnauwkeurigheid: Verfijngieten is een bijna-net-vorm gietproces, met extreem kleine toleranties voor de afwerking. Onderdelen hebben een verbazingwekkende maattolerantie van +/- 0,075 mm na afwerking.
• Breed scala aan materialen: Het proces is zeer flexibel en kan worden toegepast op een breed scala aan materialen. Het is geschikt voor en nauwkeurig met materialen zoals staal, nikkellegeringen en aluminiumlegeringen.

Nadelen

Aan de andere kant heeft het investeringsgietproces ook enkele nadelen. Iedereen die betrokken is bij het gieten, moet zich daarvan bewust zijn.

• Hoge gereedschaps- en apparatuurkosten: Initiële mallen, masters en machines (ovens, keramische coatingmachines) zijn erg duur. Dit proces is daarom niet geschikt voor productie in kleine series. Als kosten echter niet uw grootste zorg zijn, kan het wel geschikt zijn voor productie in kleine series. Bijvoorbeeld voor de productie van windturbinebladen.
• Een zeer technisch procesZoals reeds besproken, bestaat het proces uit vele stappen. Elke stap in het proces vereist andere vaardigheden en kennis. Elk onderdeel van het proces is foutgevoelig. Dit kan een bedrijf veel geld kosten. Als u dit castingproces wilt gebruiken, kan het lastig zijn om de juiste mensen te vinden en ze voldoende te betalen.
• Tijdrovend: Het gietproces kan erg traag zijn omdat het uit veel stappen bestaat. Sommige van deze stappen duren lang, zoals het koelen en afwerken. Bedrijven die snel onderdelen nodig hebben, zouden daarom ook andere gietmethoden moeten overwegen bij het zoeken naar productiediensten.

Yonglihao Machinery biedt maatwerk gietdiensten aan

Het is duidelijk dat precisiegieten een zeer complex proces is. Het vereist mensen met veel vaardigheid en ervaring. Moeten er onderdelen worden gegoten? Yonglihao Machinery kan u ongeëvenaarde gietdiensten bieden. Bijvoorbeeld precisiegieten, hete kamer spuitgieten, En hogedruk spuitgieten processen.

Yonglihao Machinery beschikt over een eigen productiefaciliteit. We beschikken over geavanceerde gietapparatuur, een bekwaam technisch team en een ervaren team van ingenieurs. We kunnen onderdelen snel en volgens een hoge standaard produceren en onze klanten een snelle en attente service bieden.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen 3D-printen en precisiegieten?

Bij precisiegieten wordt gesmolten metaal in een voorgevormde mal gegoten en laat men het stollen. 3D-printen is een additieve productietechniek. Bij 3D-printtechnologieën zoals FDM en SLS worden onderdelen laag voor laag opgebouwd.

Het kost veel tijd om precisiegieten onder de knie te krijgen. Dit gietproces kan echter een breed scala aan metalen verwerken en een perfecte oppervlakteafwerking bereiken. 3D-printen staat nog in de kinderschoenen en is niet zo goed als gieten als het gaat om de productie van metalen onderdelen. Oppervlakteruwheid, porositeit en oneffenheden zijn enkele problemen die 3D-geprinte onderdelen kunnen hebben in vergelijking met gegoten onderdelen.

Het verschil tussen precisiegieten en zandgieten

Met verlorenwasgieten kunnen onderdelen met zeer complexe geometrieën en extreem hoge oppervlakteafwerkingen worden geproduceerd. Zandgieten daarentegen is superieur. Dit komt doordat het zandgietproces grote aantallen onderdelen kan produceren, wat de kosten verlaagt. Bovendien kan dit proces ook zeer grote onderdelen produceren.

Is investment casting milieuvriendelijk?

Ja. Bij precisiegieten worden was en metaal regelmatig teruggewonnen en gebruikt in andere gietprocessen, waardoor materiaalverspilling wordt voorkomen. Hoewel precisiegieten energie verbruikt en milieuschadelijke dampen produceert, kunnen deze problemen echter worden geminimaliseerd door goede dampbeheersing en afvalverwerking.